一种基于图像处理的自动调焦系统

一种基于图象处理的自动调焦方法,应用该方法设计一种虹膜图像自动采集系统。该系统利用虹膜区域的平均对比度作为是否对焦准确的判据,并以此为反馈控制执行机构进行实时对焦。实验证明该系统自动调焦精确,采集到的虹膜图像清晰,符合使用要求;并且调焦机构简单,整个系统控制易于实现。     

光学显微镜自动调焦指导函数的评价与选择

针对基于图像处理的光学显微镜自动调焦问题,提出了颜色比、图像差和类间方差3种新的调焦指导函数.首先提出了单点定义指标函数的面积引申方法,该方法同时具备统计方法与极值方法的优点;针对被动式自动调焦系统的设计,对指导函数的性能指标进行定义,提出了焦距响应范围、极值程度、对焦准确度、目标函数值变化范围等指标的定义和评价方法,并结合实际工作对文中提出的指导函数进行测量,给出了评价结果和比较结论.     

光电经纬仪图像测量中的自动调焦系统研究

针对经纬仪传统自动调焦中因目标距离数据不足而无法使用的缺点,从获取的数字图像中提取表征图像清晰度特征的聚焦量入手,设计实现了经纬仪自动调焦系统;首先对自动调焦系统进行了总体结构设计,其次设计开发了图像采集存储处理控制单元的软硬件,设计了自动调焦的控制过程,实现了基于图像处理的经纬仪自动调焦;实验结果表明,在外场工作条件下,应用该系统对静止目标和多数运动目标均能获得良好的调焦效果。     

嵌入式视频显微镜自动调焦控制系统设计

针对视频显微镜手动调焦效率低、精度差、难以得到最佳显微图像的现状,设计了一种基于嵌入式开发和Matlab数字图像处理的自动调焦控制系统.通过在显微镜调焦、变倍手轮和光照调节处添加精密传动机构,并由单片机电路控制部分实现计数脉冲的获取和电机的控制;所获序列显微图像经电荷耦合器件(CCD)镜头传至PC系统,并由Matlab图像处理软件对其进行清晰度判定,结合设计的取均值约束二次调焦的变步长自动搜索算法,以寻找最清晰显微图像,从而完成自动调焦.实验表明:系统可完全取代传统手动调焦操作,且精度更高,在细分驱动条件下,调焦和变倍过程的最小精度可达到1μm.     

电子经纬仪系统中自动调焦爬山搜索算法的优化设计

电子经纬仪的自动调焦是仪器实现自动化的重要部分,自动调焦的过程就是镜头按照自动调焦搜索算法来回搜索调焦评价函数求最大值的过程,传统的爬山搜索算法会受到调焦评价函数局部极值的干扰而不能准确聚焦;介绍了一种改进的自动调焦搜索算法,在选择清晰度评价函数基础上,同时考虑图像的调制传递函数(Modulation Transfer Function,MTF),综合判断搜索方向,给出了优化算法的原理和实现;实验结果表明,改进的爬山式搜索算法中Brenner函数值的标准差为0.009 3,MTF值的标准差为0.003 9,平均用时为12s,能有效地排除局部极值干扰,使系统精确、可靠的调焦。     

计算机视觉检测中自动调焦算法的研究

为了提高计算机视觉检测系统的精度与效率,对几种典型的自动调焦算法进行详细对比与分析,提出一种改进的新型复合式自动调焦算法:首先利用灰度变化率和函数分段线性插值实现函数大范围快速粗调焦;再利用梯度向量平方函数二次插值实现函数峰值点附近微小区域的精确调焦;对改进调焦算法进行测试并做出客观分析。实验结果表明,改进后的算法自动调焦精度高、速度快,且搜索范围大、通用性强,已在数字刀具测量仪中成功应用。     

应用于短脉冲激光加工的自动调焦系统

针对现有的纳秒脉冲激光微加工系统,设计了基于图像处理的自动调焦系统.从焦点检测的历史背景出发,结合光学的成像原理,提出了以图像梯度为对焦评价函数的自动调焦技术.把此自动调焦系统应用于原系统中,形成了以控制单元、激光器、机械结构和光路系统为主要组成部分的纳秒脉冲激光微加工系统.通过对加工实验效果和对焦评价函数曲线的对比分析,证实了此调焦系统适用于短脉冲激光加工,从而有效地提高了系统的加工精度和效率.     

图像法自动调焦原理及系统实现

介绍了基于图像处理方法的自动调焦系统的组成、工作原理、硬件电路设计与软件设计。该系统的核心是图像处理部分和控制部分。给出了聚焦量计算的三个导出公式,提高了硬件的运算速度。详细分析了自动调焦的控制过程,并提出了渐变步长的思想,提高了系统的控制精度。实验结果表明,在较宽范围的环境条件下,该系统具有良好的调焦效果。     

基于边缘特征提取的图像清晰度评价函数

图像清晰度评价函数是清晰度法自动调焦技术中用来反馈离焦状态的一个度量工具。调焦系统可以通过对成像清晰度的评价来自动搜索到成像最清晰位置。图像中边缘梯度能量大小反映了一幅图像的清晰状况,根据图像最清晰时图像中边缘梯度最大的特点,设计了一系列基于边缘梯度算子的清晰度评价函数。首先从理论上论证了这一系列函数与其它函数相比更具有鲁棒性、直观性的优点,然后通过实验验证,这一系列函数都符合了调焦函数中单峰性、抗噪性和无偏性的使用要求。     

基于边缘特征的单帧图像清晰度判定

自动调焦是保证目标跟踪系统实时获得清晰图像的重要技术,而何时触发调焦又成为了其中的关键问题。在图像清晰时如果触发调焦,初始的电机盲动会导致图像可能变得更模糊。提出了一种可单帧判断图像是否清晰的方法,消除了图像在清晰情况下却触发调焦的误操作,从而提高了跟踪的可靠性和精度。通过对多组实际图像序列的测试,证明该方法合理可靠。     

数字图像清晰度评价函数的研究与改进

通过分析常见的图像清晰度评价函数,针对自动对焦系统中图像清晰度评价问题,提出了一种基于聚焦窗口的改进梯度评价函数算法。改进后的算法具有计算量小、实时性好、评价曲线单峰性好、灵敏度高、聚焦检测效率高等特点,可以更好地满足自动对焦系统对图像清晰度评价的要求。     

A dedicated hardware architecture for real-time auto-focusing using an FPGA

The auto-focus is a fundamental function of a camera system which is required to photograph a clear image of an object. To obtain the optimal focus of a specific region within an image, the sharpness of the region must be measured. Since the sharpness represents the difference between a pixel and its neighbors, multiple pixel references occur while evaluating each pixel. To compensate for the processing bottleneck caused by this repetitive memory reference, this paper presents a dedicated hardware architecture for real-time auto-focusing. The proposed system processes the incoming pixel simultaneously with its neighboring pixels based on its parallelized window processing architecture. In addition, the proposed system performs an adaptive thresholding-based sharpness function with multiple windows to achieve accuracy and robustness. The proposed system is compared to several conventional pixel-based auto-focusing systems under various environmental conditions.     

显微镜下两层物体的快速自动对焦算法

针对显微镜下两层物体的大规模图像采集问题，提出了基于图像边缘和邻域预测快速自动对焦算法。通过提取成像主体的边缘区域作为对焦窗口，结合线性预测方法，实现了既保持上层成像目标清晰，又有效抑制下层背景干扰的自动对焦系统。实验表明该算法在对焦速度、对焦精度以及抵抗背景干扰方面有突出优点。     

机器视觉疲劳裂纹扩展试验摄像头自动聚焦方法

在机器视觉疲劳裂纹扩展试验中,为了能够满足对裂纹宏观观察裂纹和准确定位裂纹尖端的要求,需要采用变焦镜头放大和缩小采集图像范围,针对于摄像头变焦后的聚焦问题,提出了摄像头的自动聚焦方法。首先建立图像采集系统,采集裂纹图像至计算机,通过中值滤波对图像预处理,去除噪声干扰,选取裂纹区域作为聚焦窗口,采用Laplace算子法作为清晰度评价函数,并提出一种变步长穷举法进行聚焦搜索。最后设计了以ARM7为核心的摄像头运动控制器。实验表明,所提出的方法能够实现疲劳裂纹扩展试验中摄像头在各种情况下的准确自动聚焦,为下一步精确测量疲劳裂纹扩展参数奠定基础。     

机器视觉系统的自动对焦技术研究

为了解决在工业生产现场复杂环境下机器视觉系统中定焦相机的失焦问题,提出了一种机器视觉定焦相机的自动对焦技术,该技术通过上位机实时对相机采集到的图像进行感兴趣区域(Region of Interest,ROI)裁剪、离散傅里叶变换(Distributed Fourier Transformation,DFT)滤波等预处理过程,再由改进的图像清晰度评价函数对图像清晰度进行评价,最后由运动机构带动相机自动搜寻焦点位置并完成对焦功能。实验结果表明,经过傅里叶变换滤波后,提升了评价函数的灵敏度。通过与几种典型的评价函数对比,提出的方案能有效地排除环境干扰,自动对焦的结果与标准样张最为接近,且在不同物距情况下仍能够高效运行。     

望远镜跟踪系统的自动对焦方法研究

为了满足望远镜跟踪系统的发展需求,研究了基于图像处理的自动对焦技术在望远镜跟踪系统中的应用。介绍了几种图像清晰度评价函数,包括梯度函数以及统计函数等,并通过计算机仿真和实验验证的方式分析了各种评价函数在此自动对焦系统中的应用和性能。研究结果表明自相关函数、能量梯度函数和Sobel函数都是有效的清晰度评价函数,其中自相关函数相对其他函数性能更加优越。     

显微视觉系统中自动聚焦算法的研究

针对自动聚焦过程中的聚焦评价函数、聚焦窗口、搜索算法进行了研究。首先改进了Robert函数增加了聚焦评价函数的陡峭度;其次针对固定聚焦窗口无法准确找到聚焦物体的缺点,提出了一种动态选择聚焦窗口的方法,该方法将图像分块,利用不同子块的梯度变化程度区分物体和背景,该方法更具适应性;进而提出了大步长和小步长相结合的爬山搜索算法,经过改进后的爬山搜索算法能更准确地找到焦平面;最后通过自行研发的显微视觉系统验证了所提自动聚焦方案的有效性。     

基于图像清晰度的快速自动聚焦算法

提出了一种新的快速自动聚焦算法;通过梯度阈值处理提高聚焦图像的信噪比,对选取的聚焦窗口采用图像边缘点判据与改进的Tenengrad聚焦函数相结合的方法,通过自适应变步长登山搜索算法实现了自动聚焦过程从快速粗调到精确细调的过渡;验证结果证明该算法和实际聚焦过程吻合,比已有的聚焦算法在聚焦可靠性、速度及灵敏度上有较大提高。     

基于改进的灰度对比度函数的自动对焦方法

在影像测量仪的自动对焦系统中,针对影像测量快速精确的要求,对灰度对比度函数进行改进。利用正焦图像比离焦图像灰度变化过渡范围小的特点,通过计算灰度平均变化值,结合灰度变化次数进行对焦。实验对比表明,这种改进的灰度对比度函数,计算时间复杂度较简单,对焦灵敏度高。在影像测量仪的自动对焦系统中,比其他方法具有更快的对焦速度和更高的对焦准确度,且具有良好的稳定性。     

基于小波分析的显微视觉景深扩展

光学显微视觉系统的主要特点在于景深短,难以获取反映显微场景的全面信息。为解决该问题,提出基于小波分析的光学显微视觉系统景深扩展策略,分为局部清晰图像获取和多聚焦图像融合两个阶段：首先,以定义的小波系数活性水平为依据,构造了新型清晰度评价函数和聚焦曲线全局极值搜索策略来实现快速自动聚焦、获取局部显微场景信息的目的;然后,为实现多局部聚焦显微图像的融合,设计了小波系数活性水平选择型融合规则来融合获取的多个局部显微场景信息。实验表明,提出方法可有效扩展光学显微镜的景深。